[发明专利]混合式能量设备

说明书

本发明涉及一种混合式能量设备，属于通过同时捕获水势能(由于波浪导致的水面高度差)和动能(由于例如波浪、潮汐或水流导致的水的流动)进行的能量生产。该设备可具有潮汐补偿(2、3、22、23)，以避免在高潮时能流流过设备，并且该设备具有方向稳定装置，以使设备自动转动成平行于波峰。从流捕获能量的表面具有优化的运动，以跟随不同深度中的水的速度。此外用于过滤输出波动的能量保存还可利用双相流体蓄压器(51、55)来布置。

本申请是分案申请，其母案申请的申请号为201480022362.9(国际申请号为PCT/FI2014/050289)，申请日为2014年4月22，发明名称为“混合式能量设备”。

技术领域

本发明属于通过同时捕获水势能和水动能进行的能量生产。势能涉及由于波浪导致的水面高度差，并且动能涉及由于例如波浪、潮汐或水流导致的水的流动。

背景技术

海洋波浪中的能量以两种方式存在：产生水面高度差(在我们看来是波浪)的势能以及使水粒(water particle)前后运动的动能。能量均等地分布在这两种形式之间。更详细的描述可来自于Dominic Reeve、Andrew Chadwick和Chris Fleming的书“CoastalEngineering，Processes，Theory and Design Practice(海岸工程、工艺、理论和设计实践)”，第二版，2012，Spoon出版社，伦敦和纽约，ISBN 978-0-415-58352-7。

现有技术包括使用例如浮标的不同漂浮物体从波浪势能捕获能量。现有技术还包括使用各种停滞压力翼板(flap)结构从水的动能捕获能量。现有技术未以有效的方式同时捕获两种能量类型。

多数能量设备未被优化为同时捕获两种类型的能量。由于波能的一半以势能的形式存在而另一半以动能的形式存在，因此大量的能流绕过当前的发电设备。这使得它们无效并且增加了所生产能量的单位成本。此外，运动物体的一些区域中与水流相反的运动对结构造成非常高的内部负载并且对支撑结构造成不必要的反作用力，需要结构的不经济的过大尺寸。

专利文献US8253263B2公开了一种能量设备，该能量设备捕获两种能量类型。然而，某些问题与该现有技术结构相关。该结构包括利用平行臂固定的翼板，使得翼板具有永久性固定的定向。不跟随水在不同深度上的速度剖面在翼板运动到达任一端部位置并停止时导致对结构造成过大的力。另一问题与结构的刚性浮体有关。波峰具有任意长度，并且刚性浮体在一端位于波峰上而另一端处于波谷上时对所提议的支撑塔导致极大的负载。

US8253263B2中公开的现有技术解决方案还依赖于使设备沿着波浪前行方向转向的极端条件下生存。已知该定向依据沿着漂浮物体的波峰和波谷位置对漂浮物产生极高的负载，在造船中已知为下沉(sagging)和中拱(hogging)，并且还产生俯仰运动(pitchingmovement)，该俯仰运动对限制运动的支撑件造成极大的负载。不带有任何穿孔的尺寸设计不当的船只在这些情况下损坏，并且被迫跟随穿过其中的固定立柱的船型物体在穿过区域上和在立柱中具有严重的结构问题。

还存在与永久性锚定至海床的现有技术能量设备相关的其他问题。水深方面的潮汐变化从根本上减少这样的能量设备中的任何翼板结构的能量输出，这是因为波浪流速在水面上最大，越深则摩擦使流速减小。实心翼板或翼片的永久性底部锚定不允许设备在高潮时到达最佳的水面能流。任何固定的锚定还引入另一功率减小因素，该因素为波峰与设备在从任意方向到来的波浪中的定向之间的迎角(angle of incidence)。

波能设备的当前技术水平仍处于创新的测试阶段，并且因此惯例维护和设备寿命时间经济性并非重要的驱动因素。这在所需维护的复杂性方面表现出来：进干船坞、潜水、拖上岸等必须在有限的足够平静的气候窗(weather window)内执行。水下维护在恶劣气候下是不可能的，这是由于快速的流动以及剧烈的设备运动所导致的。能量设备的生产率因此甚至由于微小的技术问题而进一步降低。